(57)【要約】【課題】大型化や消費電力の増大を抑制しつつ、発光輝度を高めることが可能な光半導体装置を提供すること。【解決手段】発光可能なＬＥＤチップ２と、ＬＥＤチップ２から入射してきた光を出射させる光出射面３１を形成しており、ＬＥＤチップ２を覆っている透光部材３と、を備えている光半導体装置Ａであって、光出射面３１は、凹凸状とされており、ＬＥＤチップ２と光出射面３１とが間隔を隔てた一定方向に起立した複数の側面３１ｂを含んでいることを特徴とする。【選択図】  図１
2005019541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光可能な光半導体チップと、
上記光半導体チップから入射してきた光を出射させる光出射面を形成しており、かつ上記光半導体チップを覆っている透光部材と、
を備えている光半導体装置であって、
上記光出射面は、凹凸状とされ、かつこの光出射面が広がる第１の方向に対して交差する第２の方向に起立した複数の起立面を含んでいることを特徴とする、光半導体装置。
【請求項２】
上記光出射面は、上記第２の方向を向いた複数の非起立面を含んでいる、請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
上記透光部材には、上記第２の方向に起立した複数の突起部が形成されており、これら突起部の側面が上記複数の起立面であり、かつ上記突起部の頂面および上記透光部材のうちの上記突起部間領域の表面が上記複数の非起立面である、請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
上記複数の突起部は、直方体形状でありかつ上記第１の方向においてマトリクス状に形成されている、請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
上記突起部の高さおよび幅が、下記式により表される関係とされている、請求項３または４に記載の光半導体装置。
【数１】
2005019541.tif 000004
【請求項６】
上記光半導体チップおよび上記透光部材を収容する収容部を形成しており、かつ上記光半導体チップからその周囲に進行した光を上記光出射面側に向けて反射可能な光反射面を有するリフレクタと、
上記光半導体チップ、上記透光部材、および上記リフレクタを搭載しており、かつ、上記光半導体チップの複数の電極に電気的に接続された複数の端子が設けられている基板と、
を備えている請求項１ないし５のいずれかに記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＬＥＤチップなどの光半導体チップを用いて構成され、照明用やディスプレイ用などの光源として用いられる光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤチップを用いた光半導体装置は、電力消費量が少なく、小型であり、また使用寿命も長いといった多くの利点を有しており、種々の分野における照明用の光源として、あるいはディスプレイ用の光源として、広く用いられている。このような光半導体装置においては、発光輝度を高めるための様々な工夫がなされている。（たとえば特許文献１参照。）。
【０００３】
図８は、そのような光半導体装置の従来例を示している。図示された光半導体装置Ｂは、ＬＥＤチップ１０２が基板１０１上に搭載されて透光部材１０３によって覆われた構成を有している。透光部材１０３の上面は、平滑な光出射面１３１とされている。ＬＥＤチップ１０２および透光部材１０３は、傾斜した光反射面１４１を有するリフレクタ１０４によってその周囲が囲まれている。
【０００４】
このような構成によれば、ＬＥＤチップ１０２から略直上方向へと進行する光Ｌ１１は、光出射面１３１から出射される。また、ＬＥＤチップ１０２からその周囲に進行した光Ｌ１４は、リフレクタ１０４の光反射面１４１によって上方に向けて反射されて、光出射面１３１から出射される。したがって、光出射面１３１から出射される光量を多くし、発光輝度を高めることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１８３４０７号公報（図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光半導体装置Ｂにおいては、以下に述べるように、発光輝度を高める上で未だ改善の余地があった。
【０００７】
光半導体装置Ｂは、たとえば携帯電話機に組み込まれる液晶ディスプレイのバックライト用光源として用いられる場合がある。このような場合、光半導体装置Ｂの小型化を図りつつ、消費電力を抑え、かつ高輝度で照明することが要求される。このような要求に応えるためには、ＬＥＤチップの数を増やすといった手段を用いることなく、発光輝度を高めることが必要である。光半導体装置Ｂにおいては、光出射面１３１に向かう光のうち、たとえば光Ｌ１２のように、光出射面１３１への入射角α１２が小さい光については、光出射面１３１から上方へと出射させることが可能である。しかしながら、光Ｌ１３のように、光出射面１３１への入射角α１３が透光部材１０３の全反射臨界角αｃよりも大きな光は、光出射面１３１によって全反射される。この光は、その後光半導体装置Ｂ内において反射を繰り返すなどして減衰する。このように、従来においては、ＬＥＤチップ１０２から発せられた光の一部は光出射面１３１から適切に出射されず、有効に利用されていない光の量が比較的多くなっていた。したがって、未だ発光輝度を高める余地があった。
【０００８】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、大型化や消費電力の増大を抑制しつつ、発光輝度を高めることが可能な光半導体装置を提供することを、その課題としている。
【０００９】
【発明の開示】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本願発明よって提供される光半導体装置は、発光可能な光半導体チップと、上記光半導体チップから入射してきた光を出射させる光出射面を形成しており、かつ上記光半導体チップを覆っている透光部材と、を備えている光半導体装置であって、上記光出射面は、凹凸状とされ、かつこの光出射面が広がる第１の方向に対して交差する第２の方向に起立した複数の起立面を含んでいることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、光半導体チップから発せられた光のうち、従来技術においては光出射面によって全反射される角度で進行する光であっても、この光が上記複数の起立面に入射した場合に、この光をそのまま外部に出射させることが可能となる。したがって、従来技術よりも光出射面からの出射光量を多くし、光半導体チップから発せられた光を有効に利用して、発光輝度を高めることができる。本願発明においては、発光輝度を高める手段として光出射面を凹凸状としているために、装置全体の大型化や消費電力の増大を抑制するのに好適である。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、記光出射面は、上記第２の方向を向いた複数の非起立面を含んでいる。このような構成によれば、上記複数の非起立面からも光を出射させることが可能であり、発光輝度を高めるのに有利である。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、上記透光部材には、上記第２の方向に起立した複数の突起部が形成されており、これら突起部の側面が上記複数の起立面であり、かつ上記突起部の頂面および上記透光部材のうちの上記突起部間領域の表面が上記複数の非起立面である。このような構成によれば、光出射面に微小面積を持つ多数の起立面および非起立面を適当な分布に設けることが簡単に達成される。
【００１４】
好ましい実施の形態においては、上記複数の突起部は、直方体形状でありかつ上記第１の方向においてマトリクス状に形成されている。このような構成によれば、上記光出射面は、複数の起立面と非起立面とが規則的に配置された凹凸状となる。したがって、発光輝度を高めつつ、上記光出射面が広がる方向における輝度ムラを抑えることができる。
【００１５】
好ましい実施の形態においては、上記突起部の高さおよび幅が、下記式により表される関係とされている。
【００１６】
【数２】
2005019541.tif 000003
【００１７】
本願発明においては、本来的には、突起部の高さを高くし、その側面の面積を大きくするほど発光輝度を高めることが可能である。しかしながら、突起部の高さが上記式により定められた範囲を超えると、この超えた領域の側面に進行してくる光の入射角は、全反射臨界角よりも大きくなるために、出射光量を多くする効果があまり期待できない。一方、突起部の高さを高くするほど、たとえば隣り合う２つの突起部の一方から出射された光を他方が遮る可能性が高くなり、発光輝度を高めることを却って妨げる虞れがある。上記突起部の形状を上記式を満たすものとすることにより、そのような不具合を回避可能である。ただし、上記式を満たさない場合であっても、本願発明によれば、従来技術との比較においては発光輝度を高めることが可能であることは勿論である。
【００１８】
好ましい実施の形態においては、上記光半導体チップおよび上記透光部材を収容する収容部を形成しており、かつ上記光半導体チップからその周囲に進行した光を上記光出射面側に向けて反射可能な光反射面を有するリフレクタと、上記光半導体チップ、上記透光部材、および上記リフレクタを搭載しており、かつ、上記光半導体チップの複数の電極に電気的に接続された複数の端子が設けられている基板とを備えている。このような構成によれば、上記光半導体チップからその周囲に進行した光を光反射面において上記光出射面へと反射させて、上記光出射面から出射させることが可能であり、発光輝度を高めるのに有利である。また、光半導体装置全体を実装が容易であり、かつ簡易な構造のものとすることができる。
【００１９】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
図１〜図３は、本願発明に係る光半導体装置の一例を示している。本実施形態の光半導体装置Ａは、基板１、ＬＥＤチップ２、透光部材３、およびリフレクタ４を具備して構成されている。
【００２２】
基板１は、矩形の平板状であり、その材質がたとえばガラスエポキシ系樹脂とされた絶縁基板である。この基板１の上面には、ＬＥＤチップ２、透光部材３およびリフレクタ４が搭載されている。ＬＥＤチップ２は、本願発明でいう光半導体チップの一例であり、その上面および下面に電極が形成されている。ＬＥＤチップ２は、基板１に設けられた第１の導体部５ａ上にボンディングされていることにより、その下面の電極と第１の導体部５ａとの電気的接続が図られている。基板１に設けられた第２の導体部５ｂと上記上面の電極とは、ワイヤＷを介して電気的に接続されている。第１および第２の導体部５ａ，５ｂは、基板１の上面から下面に廻り込んでおり、この基板１の下面に位置する部分が面実装用の端子部５ａ’，５ｂ’となっている。
【００２３】
リフレクタ４は、ＬＥＤチップ２と透光部材３とを内部に収容する収容部を形成している矩形の枠状であり、このリフレクタ４の複数の内壁面のそれぞれが光反射面４１とされている。リフレクタ４は、たとえばポリカーボネイトに酸化チタンを含ませた白色系の樹脂製であり、このことにより各光反射面４１は、光反射率の高い白色面となっている。各光反射面４１は、ＬＥＤチップ２からその周囲に進行してきた光Ｌを上向きに反射可能に鉛直方向に対して適当な角度だけ傾斜した平面状である。なお、リフレクタ４の材料としては、上記に限定されず、たとえば、液晶ポリマ、ポリアミド系樹脂を用いてもよい。
【００２４】
透光部材３は、たとえば透明なエポキシ樹脂製であり、ＬＥＤチップ２を覆うようにしてリフレクタ４の収容部内に配されている。図１および図２によく表われているように、透光部材３のうち上方に露出し水平方向に広がる面は、内部から入射した光を出射させる光出射面３１となっている。透光部材３の上部には、鉛直方向に起立した複数の微小な直方体形状の突起部３ａがマトリクス状に形成されており、このことにより光出射面３１は凹凸状となっている。図３によく表われているように、突起部３ａの側面３１ｂが、本願発明でいう起立面の一例に相当し、突起部３ａの頂面３１ａおよび突起部３ａ間領域の底面３１ｃが、本願発明でいう非起立面の一例に相当している。これらの頂面３１ａ，側面３１ｂおよび底面３１ｃは、表面粗さの小さい鏡面仕上げとされており、これらの面に入射してきた光が散乱されることを防止可能となっている。突起部３ａは、その高さＨと幅Ｗとが数式２により表される関係を満足するものとされており、本実施形態においては、Ｈ＝Ｗ・ｔａｎαｃの関係となるように形成されている。ここで、αｃは透光部材３の全反射臨界角である。透光部材３がエポキシ樹脂製の場合、たとえば空気に対する屈折率は約１．５であり、全反射臨界角αｃは約４２°である。突起部３ａは、たとえば、その高さＨが約０．２７ｍｍ、幅Ｗが約０．３ｍｍとされている。
【００２５】
次に、光半導体装置Ａの作用について説明する。
【００２６】
まず、ＬＥＤチップ２を発光させると、このＬＥＤチップ２からは種々の方向に光が進行する。光Ｌ１は、光出射面３１に向けて略鉛直方向に進行する光であり、光Ｌ２は、鉛直方向に対して比較的小さな角度α２だけ傾斜した方向に進行する光である。図３によく表われているように、これらの光Ｌ１および光Ｌ２が、頂面３１ａまたは底面３１ｃに入射した場合は、その入射角は全反射臨界角αｃよりも小さくなり、これらの面から外部に出射される。また、光Ｌ１および光Ｌ２が、側面３１ｂに入射した場合は、その入射角は全反射臨界角αｃよりも大きくなるために全反射される。ただし、これらの光Ｌ１，Ｌ２は、その後この側面３１ｂの上方に位置する頂面３１ａに対して全反射臨界角αｃよりも小さな角度で入射することとなり、頂面３１ａから上方へと適切に出射される。
【００２７】
一方、光Ｌ３は、鉛直方向に対して全反射臨界角αｃよりも大きな角度α３で傾斜した方向に進行する光である。この光Ｌ３が、底面３１ｃに入射した場合は、その入射角α３は全反射臨界角αｃよりも大きくなるために、従来技術と同様に透光部材３内へと全反射される。ところが、この光Ｌ３が起立した側面３１ｂに入射した場合は、その入射角α３’は、９０°−α３となりほとんどの場合において全反射臨界角αｃよりも小さくなる。したがって、従来技術とは異なり、光Ｌ３は、側面３１ｂから上方へと屈折されて外部へと出射可能である。なお、本実施形態においては、高さＨと幅Ｗとの関係から、光Ｌ３は頂面３１ａに到達することはない。一方、本実施形態と異なり、高さＨと幅ＷとがＨ＜Ｗ・ｔａｎαｃの関係とされた突起部を備える構成においては、光Ｌ３が頂面３１ａに入射する場合があるが、底面３１ｃに入射した場合と同様に全反射される。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、従来技術において光出射面によって全反射されていた光に対応するもののうち、側面３１ｂに入射した光を適切に出射させることが可能である。また、従来技術において出射可能であった光については、やはり適切に光出射面３１から出射させることが可能である。したがって、出射可能とされた光の分だけＬＥＤチップ２から発せられた光を有効に利用して、発光輝度を高めることができる。
【００２９】
さらに、光Ｌ３は側面３１ｂに対して下方側から入射するために、上方へと屈折されて出射される。光半導体装置Ａの照明対象領域は、一般に光半導体装置Ａの直上方向に位置する一定領域であることが多い。上方へと屈折されて出射された光Ｌ３は、このような照明対象領域へと進行する可能性が高められることとなり、上記照明対象領域における照度を高めることに有利である。
【００３０】
本実施形態においては、突起部３ａの高さＨと幅Ｗとは、数式２の関係を満たすものであって、特にＨ＝Ｗ・ｔａｎαｃの関係とされている。このことにより、光半導体装置Ａは、出射光量を多くする効果を最大限に発揮しつつ、以下に述べるような不具合を抑制可能となっており、発光輝度を高めるのに好適である。
【００３１】
まず、図４を参照して数式２により定められた高さとされた突起部３ａを有する光半導体装置の効果を説明する。本図によく表われているように、側面３１ｂは、光Ｌ３２のように全反射臨界角αｃよりも小さい入射角で透明部材３の内部から入射してくる光を出射させて、出射光量を多くすることができる。発光輝度を高めるためには、この側面３１ｂの面積を大きくすることが好ましい。しかしながら、突起部３ａの高さをさらに高くし、数式２に定められた範囲を超える領域Ｘに側面３１ｂ’を設けても、この側面３１ｂ’は、光Ｌ３２’のように全反射臨界角αｃよりも大きな入射角で入射してくる光しか受けることができない。そのために、側面３１ｂ’は出射光量を多くすることに適さず、発光輝度を高めることが期待できない。しかも、たとえば隣り合う２つの突起部３ａの一方の側面から出射された光は、他方の側面に入射して透光部材３内へと進行するなどして、遮られてしまう場合がある。突起部３ａの高さが高いほど上記光が遮られる可能性が高くなるために、突起部３ａの高さを高くしても、出射光量を多くすることを却って妨げる虞れがある。
【００３２】
数式２を満たすような形状とされた突起部３ａを有する構成によれば、側面３１ｂ’のように出射光量を多くすることが期待できない部分を有することがなく、かつ上記のような不具合を抑制し、効率良く発光輝度を高めることができる。特に、光半導体装置Ａは、高さＨと幅ＷとがＨ＝Ｗ・ｔａｎαｃの関係とされた突起部３ａを備えているために、出射光量を多くすることが可能な側面３１ｂの面積が最大とされており、発光輝度を高めるのに好適である。
【００３３】
なお、上記説明に用いた光Ｌ３２，Ｌ３２’は、角部３２を通過して進行してくる光であり、側面３１ｂ，３１ｂ’の各部分へと入射する光のうち入射角が最小となるものである。側面３１ｂ，３１ｂ’が光を出射させて出射光量を多くする効果を発揮可能か否かは、入射してくる光の最小入射角と全反射臨界角αｃとの大小を比較することによって判断すれば足りるため、光Ｌ３２，Ｌ３２’を考察することにより、数式２を導くことができる。
【００３４】
本実施形態においては、透光部材３には複数の直方体形状の突起部３ａがマトリクス状に形成されており、それらの頂面３１ａ、側面３１ｂおよび複数の突起部３ａの間の領域の底面３１ｃが、光出射面３１の一部とされている。このような構成によれば、多数の頂面３１ａおよび側面３１ｂが、光出射面３１の広がる方向において規則的に配置された凹凸状の光出射面を容易に形成可能である。このように規則的な凹凸状とされた光出射面３１によれば、光出射面３１から出射された光は、光出射面３１の広がる方向において、その輝度が極端にあるいは不規則に変化することが抑制され、輝度ムラを小さくすることができる。
【００３５】
上記実施形態は、複数の直方体形状の突起部を備える構成とされているが、本願発明はこれに限定されない。透光部材３に形成される突起部としては、たとえば、図５に示すように、三角柱形状の突起部３ｂであってもよいし、図６に示すように円柱形状の突起部３ｃであっても構わない。このような構成によっても、それら突起部３ｂ，３ｃの側面３１ｅ，３１ｇが複数の起立面となり、それらの頂面３１ｄ，３１ｆおよび突起部３ｂ，３ｃ間領域の底面が複数の非起立面となり、光出射面３１は凹凸状の面となる。よって、上記実施形態と同様に発光輝度を高めることができる。また、これらの突起部の幅に相当する部分、たとえば円柱の直径とその高さとが数式２をみたすような形状とすることにより、発光輝度を高めるのにより好適なものとなる。
【００３６】
図７は、本願発明に係る光半導体装置の他の例を示している。本実施形態においては、透光部材３に、略矩形状の断面を有し、かつ一方向に延びる複数の突起部３ｄが、光出射面３１の広がる方向であって上記一方向と交差する方向に一定の間隔を隔てて形成されている。上記実施形態と同様に、これらの突起部３ｄの側面３１ｉが複数の起立面となっており、頂面３１ｈおよびこれら突起部３ｄに挟まれた底面３１ｊが非起立面となっている。このような構成においては、側面３１ｉに到達した光の一部を上方へと出射可能である。したがって、このような構成によっても本願発明の意図する効果を発揮できる。
【００３７】
上記実施形態のいずれにおいても、複数の起立面である側面は、光出射面の広がる方向に対して垂直に起立しているが、本願発明のいう起立面はこれに限定されない。光反射面の広がる方向に対して傾斜状に起立していてもかまわない。
【００３８】
本願発明においては、光出射面の全面が凹凸状とされた構成に限定されず、たとえば光出射面の中心部もしくは外縁部など、光出射面の一部のみを凹凸状とした構成としてもかまわない。
【００３９】
リフレクタは、たとえば、その内壁面に光反射率の高い金属などの膜をスパッタリングや蒸着によって形成し、これを光反射面とした構成としてもかまわない。また、光反射面を曲面上に形成してもかまわない。
【００４０】
本願発明に係る光半導体装置は、たとえば、携帯電話に組み付けられる液晶パネルのバックライトの光源として用いられるのに好適であるが、これは一例にすぎず、その具体的な用途も限定されない。
【００４１】
光半導体チップはＬＥＤチップに限定されず、これ以外のものを用いることもできる。また、本願発明に係る光半導体装置は、可視光に変えて、たとえば赤外光などを発するものとして構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る光半導体装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】突起部の形状と出射可能な光の関係を説明するための要部拡大断面図である。
【図５】本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す要部斜視図である。
【図６】本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す要部斜視図である。
【図７】本願発明に係る光半導体装置の他の例を示す要部斜視図である。
【図８】従来の光半導体装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ  光半導体装置
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ３２，Ｌ３２’  光
１  基板
２  ＬＥＤチップ（光半導体チップとしての）
３  透光部材
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  突起部
３１  光出射面
３１ａ，３１ｄ，３１ｆ，３１ｈ  頂面（非起立面としての）
３１ｂ，３１ｅ，３１ｇ，３１ｉ  側面（起立面としての）
３１ｃ，３１ｊ  底面（非起立面としての）
４  リフレクタ
４１  光反射面
【図１】
2005019541.tif 000005
【図２】
2005019541.tif 000006
【図３】
2005019541.tif 000007
【図４】
2005019541.tif 000008
【図５】
2005019541.tif 000009
【図６】
2005019541.tif 000010
【図７】
2005019541.tif 000011
【図８】
2005019541.tif 000012